DE4406984A1

DE4406984A1 - Kraftstoffsystem für eine Gasturbinen-Brennkammer

Info

Publication number: DE4406984A1
Application number: DE19944406984
Authority: DE
Inventors: Achim Schmid
Original assignee: BMW Rolls Royce GmbH
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1995-09-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für eine Brennkammer insbesondere eine Gasturbinen-Brennkammer mit einer eine Einspritzdüse mit flüssigem Kraftstoff versorgenden Kraftstoffleitung, sowie mit einem den Kraftstoff in Schwingungen versetzenden Ultraschallgene rator.

Zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen von Gasturbinen- Brennkammern werden zunehmend kraftstoffgestufte Brenn kammern eingesetzt. Diese zeichnen sich dadurch aus, daß ein zweiter Brennersatz betriebspunktabhängig zu- und ab geschaltet wird, während ein erster Brennersatz kontinu ierlich brennt. Das Abschalten eines Brennersatzes er folgt bei hohen Brennkammer-Temperaturen, so daß Kraft stoff, der sich beim Abschalten noch in der stillzu setzenden, in der Brennkammer mündenden Einspritzdüse be findet, hierbei verdampfen und auskoken würde. Dies würde ein Verstopfen der Einspritzdüse bzw. der zu dieser füh renden Kraftstoffleitung zur Folge haben. Als Abhilfemaß nahme wird im bekannten Stand der Technik der Kraftstoff aus der Leitung geblasen, oder es kommen gekühlte Ein spritzdüsen (DE-OS 39 01 232) zum Einsatz, die ein Verko ken des Kraftstoffes verhindern sollen.

Da jedoch der Kraftstoff stets die Wand der Kraftstoff leitung bzw. die Wand der Einspritzdüse benetzt, bleibt trotz der geschilderten Maßnahme ein hauchdünner Oberflä chenfilm vom Kraftstoff zurück, der verkokt und somit Öl kohleablagerungen im Dickenbereich von einigen Mikrome tern bildet. Die Ablagerungsneigung ist dabei von ver schiedenen Parametern, so insbesondere auch vom Material der Einspritzdüse und von deren Oberflächenbeschaffenheit abhängig. Mit einer erstmaligen Anlagerung von Ölkohle in der Kraftstoffleitung bzw. in der Einspritzdüse lagert sich diese im folgenden Betrieb an diesen Bereichen ver stärkt an, so daß enge Querschnitte der Kraftstoffleitung bzw. der Einspritzdüse nach einer großen Zahl von Ab schaltprozessen durchaus zugewachsen sein können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei gen, mit Hilfe derer auf einfache Weise Kraftstoffablage rungen an der Einspritzdüse verhindert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß ein Ultra schallgenerator direkt auf den Kraftstoff in der Kraft stoffleitung einwirkt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbil dungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Ultraschallgenerator vorgesehen, der den Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffleitung in Schwingungen versetzt und hierzu direkt auf den Kraft stoff einwirkt. Der Ultraschallgenerator erzeugt somit im Kraftstoffsystem Schallwellen, die sowohl den Kraftstoff als auch Bereiche der Kraftstoffleitung sowie der Ein spritzdüse in hochfrequente Schwingungen versetzen, die sich bis zur Spitze der Einspritzdüse hin ausbreiten. Durch geeignete Abstimmung des Ultraschallgenerators, insbesondere durch verschiedene Phasenlagen, Amplituden vektoren und Wellenlängen aufgrund unterschiedlicher Schallgeschwindigkeiten werden insbesondere im Spitzenbe reich der Einspritzdüse wie gewünscht Kraftstoffablage rungen bzw. Ölkohleablagerungen beseitigt bzw. die Anla gerung von Ölkohle bzw. verkokten Kraftstoffbestandteilen verhindert.

Zwar sind Ultraschallgeneratoren, die den Kraftstoff in einem Brennkammer-Kraftstoffsystem in Schwingungen ver setzen, bekannt, jedoch dienen diese bekannten Ultra schallgeneratoren einer verbesserten Zerstäubung des Kraftstoffstrahles. Hierzu wird beispielshalber auf die DE-OS 25 52 929 verwiesen. In dieser Schrift ist zwar an gegeben, daß der einem Brenner zugeführte Kraftstoff durch einen Ultraschallgenerator in Schwingungen versetzt wird, jedoch ist nicht angegeben wie dies erfolgen soll. Bei der aus der US 3 884 417 bekannten Einspritzdüse wird hierzu eine Ventilkugel durch Ultraschall in Schwingungen versetzt. Nach der vorliegenden Erfindung hingegen wirkt der Ultraschallgenerator direkt auf den Kraftstoff in der Kraftstoffleitung ein. Insbesondere ist hierzu der Ultra schallgenerator in einer von der Kraftstoffleitung ab zweigenden Stichleitung angeordnet.

Bevorzugt soll lediglich dasjenige Kraftstoffvolumen in Schwingungen versetzt werden, das sich in Bereichen des Kraftstoffsystemes befindet, in denen die Gefahr der Bil dung von Ablagerungen besteht. Wie bereits erläutert, be finden sich diese Bereiche nahe der Mündung bzw. Spitze der Einspritzdüse. Um somit lediglich in diesem Bereich intensive Schwingungen zu erzeugen, kann stromauf des Ultraschallgenerators, d. h. in dem der Einspritzdüsen- Spitze abgewandten Bereich, ein Schwingungsdämpfer vorge sehen sein. Auch dieser Dämpfer soll dabei direkt auf den Kraftstoff in der Kraftstoffleitung einwirken und kann hierzu ebenfalls in einer von der Kraftstoffleitung stromauf des Ultraschallgenerators abzweigenden Stichlei tung angeordnet sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Prinzipskizze gezeigt.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Kraftstoffleitung bezeich net, die flüssigen Kraftstoff zu einer Einspritzdüse 6 führt, die in einer Brennkammer 10 insbesondere einer Gasturbine mündet. Stromauf der Einspritzdüse 6 zweigt von der Kraftstoffleitung 1 eine Stichleitung 8 ab, in der ein Ultraschallgenerator 2 angeordnet ist. Dieser Ul traschallgenerator 8 erzeugt im Kraftstoff, der sich in der Kraftstoffleitung 1 befindet, Schallwellen 7, die sowohl den Kraftstoff als auch die Kraftstoffleitung 1 und insbesondere auch die Spitze der Einspritzdüse 6 in Schwingungen versetzen. Hierdurch werden mögliche Ablage rungen von verkokten Kraftstoffbestandteilen beseitigt.

Stromauf des Ultraschallgenerators 2 bzw. stromauf des Querschnittes 4 zweigt von der Kraftstoffleitung 1 eine weitere Stichleitung 9 ab, in der ein Dämpfer 3 angeord net ist. Dieser Dämpfer 3 verhindert, daß sich die Schwingungen 7 im Kraftstoffsystem stromauf des Quer schnittes 5 weiter ausbreiten. Auf diese Weise werden nur in jenem Bereich Schwingungen erzeugt, in dem sich Ölkohleablagerungen bzw. Ablagerungen von verkokten Kraft stoffbestandteilen bilden könnten, welche aber durch diese Schwingungen wieder entfernt werden. Selbstver ständlich sind Abweichungen vom gezeigten Aus führungsbeispiel möglich, insbesondere können mehrere Ul traschallgeneratoren und mehrere Dämpfer vorgesehen sein, die auch direkt in der Kraftstoffleitung 1 eingebaut sein können, d. h. nicht über eine Stichleitung 8, 9 auf den Kraftstoff einwirken.

Claims

1. Kraftstoffsystem für eine Brennkammer, insbesondere eine Gasturbinen-Brennkammer (10), mit einer eine Einspritzdüse (6) mit flüssigem Kraftstoff versor genden Kraftstoffleitung (1), sowie mit einem den Kraftstoff in Schwingungen versetzenden Ultraschall generator (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (2) direkt auf den Kraftstoff in der Kraftstofflei tung (1) einwirkt.

2. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (2) in einer von der Kraftstoffleitung (1) abzwei genden Stichleitung (8) angeordnet ist.

3. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Ultra schallgenerators (2) ein auf den Kraftstoff in der Kraftstoffleitung (1) einwirkender Dämpfer (3) vor gesehen ist.

4. Kraftstoffsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (3) in einer von der Kraftstoffleitung (1) abzweigenden Stichlei tung (9) angeordnet ist.